複雑な行動中の神経活動の脳全体のマップ

脳のシンフォニーをマッピングする：複雑な行動中の神経活動を明らかにする。 感覚、意思決定、行動の複雑なダンスを指揮する脳を覗き込むことができることを想像してみてください。この画期的な研究は、洗練された意思決定タスク中にほぼ全てのマウスの脳に広がる神経活動の前例のないマップを提示し、そのビジョンにこれまで以上に近づきます。 神経科学における課題は、何百もの相互接続された領域がどのように感覚情報を処理し、過去の経験を織り込み、最終的に行動を導くかを理解することである。従来、研究は断片化されていました。つまり、異なる研究所が異なる脳領域を研究し、それぞれが独自の方法を使用していました。この新しいアプローチは、この分野を統合し、12の研究所からのデータを集約しています。これらの研究所では、すべてのマウスが同じ要求の厳しいタスクで訓練され、動物は見る、決定する、そして行動する必要がありました。 この試みの規模は驚異的です。139匹のマウスから60万を超えるニューロンを記録し、プローブは279の異なる脳領域をサンプリングしました。マウスは、画面上の刺激を検出し、足を使ってホイールを回して決定を知らせるという視覚的な課題に直面した。このタスクは、感覚能力と運動能力を調べるだけでなく、マウスがどのように期待を利用し、変化する確率に適応するかをテストするために設計された。 マウスが選択をすると、プローブが脳の電気的なシンフォニーを捉えた。視覚情報は最初に古典的な視覚領域で活動を引き起こしましたが、信号はすぐに外側に波紋を広げ、中脳と後脳の領域を巻き込みました。これらの領域は、マウスが見たものを処理するだけでなく、選択肢を比較検討し、行動の準備をすることに深く関与していた。 最も顕著な発見の1つは、動きに関連する信号の遍在性である。マウスがホイールを回す準備をしているのか、実際に動いているのか、差し迫った行動の神経反響は脳のほぼ全ての場所で響いていた。報酬であろうとタイムアウトであろうと、フィードバックも広範な反応を引き起こした。例えば、報酬を消費するために舐める行為は、調整された振動を引き起こし、満足の瞬間に脳全体の状態が変化することを示唆している。 しかし、脳の表現は均一ではない。例えば、視覚刺激は、従来の視覚領域で最も堅牢かつ迅速にエンコードされ、次に意思決定に関連する領域でより漸進的かつ広範にエンコードされた。一方、選択信号は、前頭葉と頭頂葉だけでなく、視床、中脳、後頭部、さらには小脳全体に現れ、意思決定は単一の領域の領域というよりも集団的な事業であることを示唆している。 驚くべきことに、聴覚野や亜座などのタスクに従来関連付けられていない領域でも、特により困難な試行や遅い試行中に、感覚、選択、または運動の変数が反映されることがあった。この分散した動的コーディングは、専門的な脳領域と汎用脳領域の境界線を曖昧にします。 これらのパターンを解読するために、研究者は高度な分析を使用し、神経活動から行動変数を予測し、単一細胞の寄与を分析し、決定が展開されるにつれて集団全体の軌跡を追跡しました。その結果、情報の流れと脳内を移動する際の変化の両方を捉えた多次元マップが得られました。 この大規模なデータセットは、現在科学界で自由に利用可能であり、脳が感覚、期待、行動、報酬をどのように統合するかを理解するための新たな境界線を開きます。それは、私たちに「局所化された機能」モデルの単純さを再考するよう促し、計算が分散され、柔軟で、内部状態と外部世界の両方と深く絡み合っている脳を明らかにします。脳のコードを完全に解き明かすための旅は続きますが、このマップを手に入れることで、探索者はこれまで以上にその謎を解き明かすための準備が整いました。